針對(duì)傳統(tǒng)串行執(zhí)行方式存在可補(bǔ)償諧波次數(shù)受限、補(bǔ)償效果不佳等問(wèn)題,研究基于現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列的有源電力濾波器諧波分頻控制的實(shí)現(xiàn)。采用現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列作為控制系統(tǒng)的主控制器完成控制算法,可以顯著提高計(jì)算頻率,減小計(jì)算延時(shí),改善控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)性能,在現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列內(nèi)構(gòu)建并實(shí)現(xiàn)的諧波同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的諧波電流分頻控制策略計(jì)算頻率最高可達(dá)77 kHz。構(gòu)建了三電平有源電力濾波器數(shù)字控制系統(tǒng)并在樣機(jī)上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了提出的現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列全數(shù)字諧波電流分頻控制方法的正確性。 

【文章來(lái)源】：電氣傳動(dòng). 2020,50(05)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：5 頁(yè)

【部分圖文】：

T型三電平APF拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

FPGA中諧波電流的控制過(guò)程如圖2所示。圖2中，iha,ihb,ihc為負(fù)載電流iLa,iLb,iLc與APF輸出電流ica,icb,icc的差值，ihdn＿dq1,ihqn＿dq1為n次補(bǔ)償電流在基波旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的指令，坐標(biāo)變換所需的相位信息由綜合查表模塊提供。圖2中數(shù)據(jù)格式借鑒了Verilog語(yǔ)言中的表達(dá)方式，如16"b表示了該數(shù)據(jù)為16位2進(jìn)制數(shù)。實(shí)現(xiàn)圖2的控制過(guò)程需要在FPGA內(nèi)設(shè)計(jì)數(shù)字低通濾波器來(lái)提取電流信號(hào)變換到dqn坐標(biāo)系后包含的直流信號(hào)。IIR型低通濾波器的實(shí)現(xiàn)可以分為直接Ⅰ型、直接Ⅱ型。由于數(shù)字低通濾波器存在各項(xiàng)非整數(shù)系數(shù)，F(xiàn)PGA內(nèi)無(wú)法直接進(jìn)行計(jì)算，因此要對(duì)系數(shù)進(jìn)行量化，將其轉(zhuǎn)換為在FP-GA中可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算的整數(shù)。相比于直接Ⅰ型結(jié)構(gòu)，直接Ⅱ型結(jié)構(gòu)需要增加一步對(duì)中間移位寄存器的數(shù)據(jù)截?cái)�，此時(shí)的截?cái)嗾`差經(jīng)疊加后會(huì)進(jìn)一步造成計(jì)算結(jié)果的偏移，在復(fù)用硬件乘法器的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)下，直接Ⅱ型結(jié)構(gòu)若想實(shí)現(xiàn)相同精度的濾波效果，在運(yùn)算過(guò)程中需要采用比直接Ⅰ型結(jié)構(gòu)更多的運(yùn)算位數(shù)�？紤]到資源占用問(wèn)題，在FP-GA中的諧波電流控制過(guò)程采用級(jí)聯(lián)的直接Ⅰ型結(jié)構(gòu)。

基于上述分析，在FPGA內(nèi)實(shí)現(xiàn)的諧波分頻補(bǔ)償控制策略框圖如圖3所示�？刂撇呗园粋�(gè)基波控制環(huán)和一組諧波控制環(huán)�；ǹ刂骗h(huán)主要負(fù)責(zé)維持直流側(cè)電壓恒定；多諧波控制環(huán)將負(fù)載電流與APF輸出的補(bǔ)償電流做差后進(jìn)行上述坐標(biāo)變換，并利用設(shè)計(jì)的級(jí)聯(lián)直接Ⅰ型結(jié)構(gòu)低通濾波器濾除交流量后，將該值作為誤差信號(hào)送入PI控制器，PI控制器輸出對(duì)應(yīng)的電流指令值。將該指令按上述方法進(jìn)行電流指令綜合及解耦，最后將基波dq坐標(biāo)系下的電流指令送入空間矢量脈寬調(diào)制（space vector pulse width modulation,SVPWM）模塊。針對(duì)圖3，需要分別對(duì)每次諧波進(jìn)行提取計(jì)算和控制，若采用串行執(zhí)行指令方式的主控制器，控制性能會(huì)受到影響。FPGA本身特有的硬件并行架構(gòu)可以同時(shí)對(duì)每次諧波進(jìn)行提取計(jì)算和控制，補(bǔ)償實(shí)時(shí)性和補(bǔ)償效果都將大大改善，進(jìn)一步滿(mǎn)足APF對(duì)快速性、靈活性的需求。執(zhí)行在FPGA內(nèi)構(gòu)建的諧波電流分頻控制策略，各模塊串并行安排與所需執(zhí)行時(shí)間如圖4所示。由圖4可知，各次諧波電流的控制、三角函數(shù)查表操作與直流母線電壓控制分別并行執(zhí)行，整個(gè)系統(tǒng)由啟動(dòng)采樣至最終調(diào)制完成僅需約13μs，即實(shí)現(xiàn)完整的諧波電流分頻控制策略計(jì)算頻率最高可達(dá)77 kHz。在該FPGA設(shè)計(jì)架構(gòu)下，只需并行增加指定次諧波電流控制，在綜合查表模塊中增加查表狀態(tài)，并根據(jù)增加的補(bǔ)償諧波數(shù)目在電流指令綜合模塊中新增對(duì)應(yīng)的加法計(jì)算，即可提高系統(tǒng)可補(bǔ)償諧波的次數(shù)。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號(hào)：3127206